Applicazione dei cilindri nelle macchine per la termoformatura a vuoto

I. Contesto del Progetto

Una linea di termoformatura a vuoto con pressione positiva e negativa a tre stazioni, utilizzata da un’azienda specializzata nell’imballaggio alimentare, è impiegata per la produzione in serie di blister in PET per frutta. L’attrezzatura originale utilizzava un cilindro a semplice effetto + limitatore meccanico, il che causava problemi quali scarsa sincronizzazione nella chiusura dello stampo, forza di pressatura irregolare sui bordi e forte impatto al posizionamento del coperchio a vuoto. Ciò comportava prodotti con bolle d’aria, bave e deformazioni, con un tasso di resa pari soltanto all’85%, frequenti fermi macchina per messa a punto e costi elevati di consumo energetico e manutenzione. Per migliorare la coerenza della termoformatura, il tempo di ciclo e la stabilità del processo, il sistema a cilindri è stato aggiornato e modificato.

II. Requisiti dell’attrezzatura e del processo

• Processo: Termoformatura a vuoto + termoformatura a pressione positiva, pressatura a caldo a temperatura costante, rapida apertura e chiusura dello stampo, sigillatura e bloccaggio del coperchio a vuoto

• Azioni principali: Sollevamento del coperchio a vuoto, chiusura/bloccaggio del telaio, pressatura del materiale sui bordi, posizionamento della stazione

• Specifiche: Ripetibilità della chiusura dello stampo ≤ ±0,1 mm; forza del dispositivo di tenuta della lamiera stabile e regolabile; grado di vuoto ≤ -0,095 MPa; miglioramento del tempo di ciclo ≥ 15%; tasso di resa ≥ 97%

Iii. Selezione dei cilindri e soluzione del sistema

1. Configurazione chiave dei cilindri

• Sollevamento del coperchio a vuoto: Cilindro a doppio effetto con ammortizzatore (diametro 80 mm / corsa 250 mm), con feedback di posizione tramite anello magnetico, che consente un avvicinamento ad alta velocità seguito da una chiusura a bassa velocità con ammortizzazione, eliminando urti e problemi di tenuta.

• Cilindro principale per la chiusura dello stampo: Cilindro ad alta spinta per il bloccaggio dello stampo (diametro 100 mm), controllo in loop chiuso della pressione, mantenimento stabile della pressione senza perdite.

• Posizionamento del dispositivo di pressatura del bordo: Cilindro sottile con asta di guida, elevata parallelismo, resistente alla torsione laterale, per garantire una pressatura uniforme del bordo.

• Azioni ausiliarie: Cilindri miniaturizzati responsabili dell’espulsione, del bloccaggio e dell’assistenza al taglio del bordo.

2. Controllo e circuito pneumatico

• PLC + Touch screen + Gruppo di valvole elettromagnetiche, per ottenere una regolazione segmentata della velocità, una pressione regolabile e un controllo di posizione in anello chiuso.

• Logica di collegamento: Chiusura dello stampo → Bloccaggio dello stampo → Sottovuoto → Mantenimento della pressione e formatura → Interruzione del sottovuoto → Apertura dello stampo ed espulsione del pezzo

• Aggiunta di valvole di strozzamento e valvole regolatrici di pressione per ottenere un avanzamento rapido e una chiusura lenta, con ammortizzazione flessibile.

Il coperchio a vuoto garantisce una tenuta più affidabile, eliminando efficacemente difetti quali bolle d’aria, carenza di materiale e bave; l’ammortizzazione del cilindro e il controllo sincrono riducono significativamente l’usura meccanica, determinando contemporaneamente una diminuzione del rumore e del consumo energetico.

Iv. Riepilogo di Applicazione Valore

1. Qualità della stampatura: pressione uniforme, chiusura sincronizzata dello stampo e tenuta a vuoto affidabile eliminano bolle d'aria e delaminazione.

2. Efficienza produttiva: aumento del tempo di ciclo, riduzione dei tempi di fermo e incremento approssimativo della capacità produttiva giornaliera per linea del 18%.

3. Costi operativi: lunga durata del cilindro e manutenzione semplice riducono i costi annuali di manutenzione di circa il 40%.

4. Elevata adattabilità: passaggio rapido tra diversi stampi e parametri di processo per soddisfare le esigenze produttive di più specifiche di prodotto.

V. Conclusione

In quanto attuatore principale di una macchina per termoformatura a vuoto, il cilindro, grazie a una progettazione sistematica che prevede un ammortizzamento a doppio effetto, un feedback di posizione, un controllo chiuso della pressione e la sincronizzazione di più cilindri, può migliorare in modo significativo la stabilità dell’equipaggiamento, la precisione di formatura e l’efficienza produttiva. Questo caso di studio dimostra che la soluzione basata su cilindri pneumatici è affidabile, efficiente e a basso costo nel campo della termoformatura a vuoto, risultando pertanto adatta alla diffusione in scenari di pressofusione a caldo sotto vuoto, quali la termoformatura, i materiali compositi, la gomma e la silicona.